(57)【要約】【課題】金属製部品及びプラスチック製部品の表面及び内部に存在する微細なキズ、バリを、画像処理技術を用いて検知する検出装置において、目視検査を超える検出精度、検出速度を有し、かつ従来の画像処理技術を使用する自動検出装置を超える検出精度を有する検出装置、及び検出方法を提供する。【解決手段】検査部品と全く同じ形状の無欠陥標準部品とを、全く同じように回転、傾動、停止させる機構を有し、停止させるごとに両部品の画像を撮影するカメラを有し、撮影を効果的に行うための照明を有し、撮影した両部品の画像をコンピューター上で重ね合わせて比較する処理を行う画像処理コンピューターを有し、両部品の画像の不一致をキズ、バリとして表示するモニターを有する検出装置により、金属製部品及びプラスチック製部品の表面及び内部に存在する微細なキズ、バリを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製部品及びプラスチック製部品の表面及び内部に存在する微細なキズ、バリを、画像処理技術を用いて検知する検出装置において、検査部品と全く同じ形状の無欠陥標準部品とを、全く同じように回転、傾動、停止させる機構を有し、停止させるごとに両部品の画像を撮影するカメラを有し、撮影を効果的に行うための照明を有し、撮影した両部品の画像をコンピューター上で重ね合わせて比較する処理を行う画像処理コンピューターを有し、両部品の画像の不一致をキズ、バリとして表示するモニターを有することを特徴とする、金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置。
【請求項２】
上記検査部品と無欠陥標準部品とを全く同じように回転させる機構として、バックラッシュの極めて少ない回転機構を用い、及び、全く同じように傾動させる機構として、位置ズレの極めて少ない傾動機構を用いることを特徴とする、請求項１に記載の金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置。
【請求項３】
上記検査部品と無欠陥標準部品とを全く同じように回転、傾動、停止させるごとに撮影した両部品の画像を重ね合わせて、両部品の画像の不一致をキズ、バリとして検知するプログラムを内蔵したコンピューターを使用することを特徴とする、請求項１に記載の金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置。
【請求項４】
金属製部品及びプラスチック製部品の表面及び内部に存在する微細なキズ、バリを、画像処理技術を用いて検知する検出方法において、検査部品と全く同じ形状の無欠陥標準部品とを、全く同じように回転、傾動、停止させ、停止させるごとに両部品の画像をカメラで撮影し、撮影した両部品の画像をコンピューター上で重ね合わせて比較する処理を行うことにより、両部品の画像の不一致をキズ、バリとして表示することを特徴とする、金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用重要保安部品、モーターブラシ等の金属製部品、液晶用タッチパネル、自動車照明用フィルム、ハードディスク等のプラスチック製部品において、表面及び内部に存在する微細なキズ、バリを検知して、キズ、バリのない良品のみをユーザーに納めているメーカーが使用する、キズ、バリの検出装置及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述した金属製部品及びプラスチック製部品を使用するユーザーは、部品にキズ、バリが存在すると、その部品を使用する装置、設備等に不具合が生じる（例えば油漏れ、装置性能劣化、画像不良、照明不良、メモリー記憶不良）ため、メーカーの品質保証に対して厳しい要求を突きつけており、キズ、バリのない部品だけの納入を義務付けている。
【０００３】
この要求に対して、部品を納入するメーカーは、対象部品の全量検査を余儀なくされており、現在主として採用されている方法は、目視検査である。しかし目視検査は、極めて長時間を要すること、熟練を要し、また個人差が出ること、さらには熟練要員を複数確保する必要があることのため、人件費は極めて高い。また部品の表面の検査に比べて、内部の検査は目視検査では限界があり、良品の歩留（納入した部品のうちの良品の割合）が１００％に達していない。
【０００４】
このため、ユーザー側でも、納入された部品の抜き取りによる外観目視検査、油圧をかけた油漏れチェック等を実施しており、メーカーへの品質保証に対してさらに厳しい要求を行っている。
【０００５】
さらにメーカー側においては、目視検査に代わる自動検出装置の導入を行い、目視検査よりも検出精度及び検出速度の向上をはかり、かつ目視検査にかかる巨額の人件費を削減しようという努力を怠らない。しかし自動検出装置は、例えば
【特許文献１】、
【特許文献２】、
【特許文献３】、
【非特許文献１】に代表されるような、画像処理技術を導入するものであり、部品の表面及び内部の単純なキズ、バリの検出には、精度、速度において目視検査を上回る成果を挙げている。
【０００６】
画像処理技術を適用する従来の方法は、画素に分割した画面に様々な画像処理（２値化、グレー処理（濃淡処理）、カラー処理（２値化）、カラー濃淡処理、フィルタ処理等）を施し、キズに対応する画素（複数）を抽出するものであり、画素数で検出精度が決まると共に、あらかじめ設定したキズ画像の大きさを上回ったときにキズと判定する手法を採用しており、キズでないものをキズと判定する検出ミスが多く、検出精度は目視よりも劣る。
【０００７】
例えば、金属製部品に別の目的で使用するために開けてある小孔をキズと判定したり、金属製部品に塗装したときの塗装むら（色むら）をキズと判定したりする検出ミスが生じる。これらの検出ミスは、上述した従来の画像処理技術を適用する限り、原理上避けることができないものである。これらの小孔、色むらは不良と判定する項目ではない。
【０００８】
すなわち、厳しい品質保証を要求するユーザーに応えるためには限界である目視検査に代わり、画像処理技術を導入した自動検出装置は、検出精度において目視検査に劣り、ユーザーの要求に応えられる段階に達していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１１０５５５号広報
【特許文献２】特開２００２−１４０６９３号広報
【特許文献３】特開２００７−１４１２２２号広報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】画像処理の基礎：株式会社キーエンス（インターネット情報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明においては、目視検査を超える検出精度、検出速度を有し、かつ従来の画像処理技術を適用する自動検出装置を超える検出精度を有する検出装置、及び検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述目的を達成するために、請求項１に記載した発明の金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置は、金属製部品及びプラスチック製部品の表面及び内部に存在する微細なキズ、バリを、画像処理技術を用いて検知する検出装置において、検査部品と全く同じ形状の無欠陥標準部品とを、全く同じように回転、傾動、停止させる機構を有し、停止させるごとに両部品の画像を撮影するカメラを有し、撮影を効果的に行うための照明を有し、撮影した両部品の画像をコンピューター上で重ね合わせて比較する処理を行う画像処理コンピューターを有し、両部品の画像の不一致をキズ、バリとして表示するモニターを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載した発明の金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置は、請求項１に記載した検出装置において、上記検査部品と無欠陥標準部品とを全く同じように回転させる機構として、バックラッシュの極めて少ない回転機構を用い、及び、全く同じように傾動させる機構として、位置ズレの極めて少ない傾動機構を用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載した発明の金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置は、請求項１に記載した検出装置において、上記検査部品と無欠陥標準部品とを全く同じように回転、傾動、停止させるごとに撮影した両部品の画像を重ね合わせて、両部品の画像の不一致をキズ、バリとして検知するプログラムを内蔵したコンピューターを使用することを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載した発明の金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出方法は、金属製部品及びプラスチック製部品の表面及び内部に存在する微細なキズ、バリを、画像処理技術を用いて検知する検出方法において、検査部品と全く同じ形状の無欠陥標準部品とを、全く同じように回転、傾動、停止させ、停止させるごとに両部品の画像をカメラで撮影し、撮影した両部品の画像をコンピューター上で重ね合わせて比較する処理を行うことにより、両部品の画像の不一致をキズ、バリとして表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にて提案する金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置及び検出方法によると、目視検査を超える検出精度、検出速度を達成でき、かつ従来の画像処理技術を適用する自動検出装置を超える検出精度を達成することができる。これにより、金属製部品及びプラスチック製部品を使用するユーザーの厳しい品質保証要求に十分に応えることができ、かつ目視検査にかかる巨額の人件費を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にて提案する金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
本発明にて提案する金属製及びプラスチック製部品の表面及び内部のキズ、バリの検出装置にて使用する画像処理技術は、検査部品と全く同じ形状の無欠陥標準部品とを、全く同じように回転、傾動、停止させ、停止させるごとに両部品の画像をカメラで撮影し、撮影した両部品の画像をコンピューター上で重ね合わせて比較する処理を行うことを基本とする。
【００２０】
この画像処理技術は、有限会社ブリーズと株式会社ＥＡＲＴＨによって既に特許出願されており（特願２０１０−１１３６４２号）、その原理は次のとおりである。すなわち、比較する２枚の画像を重ねて表示し、手前の画像の一部領域を透明化し、その透明部分から奥側の画像を視認し、不一致をコンピューター上で検出する。比較する２枚の画像として、全く同じように回転、傾動、停止させ、停止させるごとに撮影した、検査部品と無欠陥標準部品の画像を使用する。
【００２１】
この処理技術を用いることにより、従来の画像処理技術を用いたときに発生する、小孔をキズと判定したり、塗装むら（色むら）をキズと判定したりする検出ミスを防止できる。すなわちこの処理技術は、同一形状の検査部品と無欠陥標準部品の画像をコンピューター上で重ねて比較するため、小孔が完全に重なることによりキズとしての誤認は起こらない。また色むらは、両画像の分布（ヒストグラム）の比較データを基にしたファジー学習ベクトル量子化法を併用することにより、キズとしての誤認排除が可能となる。
【００２２】
部品の回転動作は、部品表面の全ての領域を検査するために必要であり、また部品の傾動動作は、部品の内部を効率的に検査するために必要である。さらに、部品を回転、傾動、停止したときに、検査部品と無欠陥標準部品がまったく同じ位置で停止することが必要であり、それを達成するために、バックラッシュの極めて少ない回転機構、位置ズレの極めて少ない傾動機構が必要となる。この達成により、両部品の画像を重ね合わせたときに、検査部品が無欠陥であれば（キズ、バリが無ければ）、重ね合わせた画像には、はみ出た部分が存在せず、検査部品は良品と判定される。
【００２３】
検査部品が無欠陥であり、重ね合わせた画像に、はみ出た部分が存在しない位置ズレの限界は、使用する画像処理装置の検出限界によって決まる。検出限界は、例えば次のように算出できる。検査部品最長距離を８４ｍｍと仮定し、汎用画素数 ５００万（長辺画素数２４５６×短辺画素数２０５８）のカメラで撮影し、２画素角を１ピクセル画像として処理する場合の最小検出サイズは８４×２÷２０５８＝０．０８２（ｍｍ）となる。この場合、キズ、バリの大きさがこの検出限界を超えていれば検出が可能である。画素数を増加させれば検出限界は小さくなるが、逆に画像処理速度が遅くなるので、汎用画素数 ５００万程度のカメラを使用するのが良い。
【００２４】
上記で計算した画像処理装置の検出限界０．０８２ｍｍに対して、部品を回転、傾動、停止させたときの位置ズレがこの値を下回れば、検査部品が無欠陥であるときは、重ね合わせた画像には、はみ出た部分が存在しないことになる。この値を満足する回転機構のバックラッシュは、直径２０ｍｍのパイプの円周方向全領域の検査を仮定すると、０．４７度と計算される。また傾動機構の位置ズレは、カメラの前方５．６ｍｍの内部の撮影を仮定すると０．８７度と計算される。
【００２５】
回転、傾動機構の両者を使用する場合は、両者のバックラッシュ、位置ズレに加えて、回転軸の軸構成によりもたらされる幾何誤差をも加味して、装置としての位置ズレを上記の値０．０８２ｍｍを下回るように設計する必要がある。
【００２６】
バックラッシュの極めて少ない回転機構として、変形クラウン減速機構を使用することができる。この機構は福島大学高橋隆行教授らによって既に特許が登録されており（特許第４５１１６３５号公報）、理論的なバックラッシュはゼロであり、実測では０．０１度未満である。上記の検出限界０．０８２ｍｍに対応する０．４７度を大きく下回っている。この他に、バックラッシュが上記の検出限界を下回れば、ハーモニック減速機のような市販の機構も使用できる。
【００２７】
また、位置ズレの極めて少ない傾動機構として、立体カム機構を使用することができる。この機構は福島大学高橋隆行教授らによって既に特許が登録されており（特許第４３８８５６６号公報、特許第４４４８５５４号公報）、理論的なバックラッシュはゼロであり、実測では０．００６度未満である。上記の検出限界０．０８２ｍｍに対応する０．８７度を大きく下回っている。この他に、位置ズレが上記の検出限界を下回れば、傘歯車やノンバックラッシュギアのような市販の機構も使用できる。
【００２８】
さらに、部品の内部を検査する場合には、小型カメラを内部に挿入する必要があり、内部の検査箇所によっては、カメラに装着した傾動機構を一緒に挿入する必要がある。そのため傾動機構には、位置ズレの極めて少ないという特性に加えて、小型化できる特性を具備する必要がある。上述した立体カム機構は、現在直径１０〜１２ｍｍ程度まで小型化できており、かなり狭い部品の内部にまで挿入可能である。カメラの小型化はそれ以上に進んでいる。
【００２９】
上述したように、バックラッシュの極めて少ない回転機構、及び位置ズレの極めて少ない傾動機構を用いて、検査部品と全く同じ形状の無欠陥標準部品とを、全く同じように回転、傾動、停止させ、停止させるごとに両部品の画像をカメラで撮影し、撮影した両部品の画像をコンピューター上で重ね合わせて比較する処理を行うことにより、部品の表面及び内部のキズ、バリを検出することができる。その検出精度は、目視検査を上回り、従来の画像処理装置をはるかに上回る。またその検出速度は、目視検査を大きく上回り、従来の画像処理装置とほぼ同等である。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例について、さらに詳細に説明する。
【００３１】
図１の測定装置系８、画像処理系９に示すように、片側に複数の小孔が空いている金属製円筒部品１のキズ、バリの検出を、本発明で提案する検出装置を用いて行った。
【００３２】
測定装置系８の左側に示すように、横に寝かせた検査部品１に装着した変形クラウン減速機構４を用いて、小孔ごとに円筒部品を回転、停止させ、停止させるごとに、小孔を含む部品の領域を、照明３を当ててカメラ２で撮影し、画像処理系９のコンピューター６に格納する。同じようにして無欠陥標準部品１の画像をコンピューター６に格納する。コンピューター６上で両部品の画像を重ね合わせて比較することにより、はみ出た部分をキズ、バリとして認識し、モニター７に表示する。
【００３３】
次に、測定装置系８の右側に示すように、カメラ２に装着した立体カム機構５を、小孔のある方から、立てた検査部品１の円筒内部に挿入し、カメラ２を傾けて小孔に焦点をあてる。検査部品１の小孔のない側に装着した変形クラウン減速機４を用いて、小孔ごとに部品を回転、停止させ、停止させるごとに、小孔を含む部品内部の領域を、照明３を当ててカメラ２で撮影し、画像処理系９のコンピューター６に格納する。同じようにして無欠陥標準部品１の画像をコンピューター６に格納する。コンピューター６上で両部品の画像を重ね合わせて比較することにより、はみ出た部分をキズ、バリとして認識し、モニター７に表示する。
【００３４】
測定装置系８の左側と右側の検出動作を、１つの検査部品に対して実施して、検出精度、検出速度を測定し、目視検査及び従来の画像処理装置と比較した。その結果、検出精度は目視検査を上回り、従来の画像処理装置を大幅に上回った。また検出速度は目視検査を大幅に上回り、従来の画像処理装置とほぼ同等であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以下、本発明の産業上の利用可能性について説明する。
【００３６】
本発明による検出装置が、金属製部品及びプラスチック製部品を製造するメーカーに導入されることにより、これら部品を使用するユーザーの製造する装置、設備の性能が保証される。また、メーカー側では目視検査に要する巨額の人件費を削減できる。さらに、本発明に使用するバックラッシュの極めて少ない回転機構、位置ズレの極めて少ない傾動機構が、さらに小型化されると（直径５ｍｍ程度）、医療用内視鏡用、原子力発電所の小径パイプ内観察用等、通常挿入不可能な領域観察に適用可能となり、産業上の利用可能性はさらに高まる。
【符号の説明】
【００３７】
１  検査部品または無欠陥標準部品
２  カメラ
３  照明
４  バックラッシュが極めて少ない回転機構
５  位置ズレが極めて少ない傾動機構
６  コンピューター
７  モニター
８  測定装置系
９  画像処理系
【図１】
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